Blogue PCB - Traitement de surface des circuits imprimés et analyse de l'impact des TIC

Dans la fabrication électronique moderne, le processus de traitement de surface des cartes de circuits imprimés (PCB) joue un rôle crucial. Il détermine non seulement la fiabilité et la durabilité du circuit imprimé, mais affecte aussi directement l'assemblage, les essais et les performances du produit final. Avec la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement et la promotion de la technologie sans plomb, le choix des procédés de traitement de surface des circuits imprimés est devenu plus complexe et plus diversifié. Dans cet article, nous examinerons en détail plusieurs types courants de traitement de surface des carte pcb, notamment le nivellement de la soudure à l'air chaud (HASL), le protecteur de soudure organique (OSP), l'immersion dans le nickel-or sans électrolyse (ENIG), l'immersion dans l'argent et l'immersion dans l'étain, etc. et nous analyserons leurs forces et faiblesses respectives, en particulier en termes d'impact sur l'étape ICT (In-Circuit Test).

1.Sélection du procédé de traitement de surface des PCB

Avant de comprendre la causalité,il est important de décrire les types de traitement de surface des BPC disponibles et ce qu'ils peuvent offrir. Toutes les carte pcb (PCB) ont une couche de cuivre qui, si elle n'est pas protégée,s'oxydera et sera endommagée. Une variété de couches de protection différentes peuvent être utilisées, les plus courantes étant le niveau de soudure à air chaud (hasl),la protection des soudures organiques (OSP),l'immersion électrolytique au nickel (enig), l'immersion en argent et l'immersion en étain.

2.Nivellement des soudures à air chaud (hasl)

Hasl est le principal procédé de traitement de surface au plomb utilisé dans l'industrie.Le procédé est formé en immergeant la carte de circuit dans un alliage plomb - étain, et l'excédent de soudure est éliminé par un "couteau à air",qui est l'air chaud soufflé à la surface de la carte de circuit.Pour le procédé PCA,le hasl présente de nombreux avantages: il s'agit d'une plaque de circuits imprimés et la couche superficielle peut être soudée après un reflux répété, un nettoyage et un stockage. Pour les TIC, hasl fournit également une couverture automatique des soudures pour tester les Pads et les trous de travers. Cependant,les surfaces hasl sont moins planes ou coplanaires que les solutions de rechange existantes. Il existe des procédés de remplacement des hasl sans plomb qui deviennent de plus en plus populaires en raison des caractéristiques naturelles de remplacement des hasl.Au fil des ans, l'utilisation de l'hasl a donné de bons résultats, mais avec l'émergence de l'exigence d'un processus Vert « respectueux de l'environnement »,il y a peu de jours pour ce processus.En plus de la question de l'absence de plomb, l'augmentation de la complexité et l'amélioration de l'espacement entre les conseils d'administration ont mis en lumière de nombreuses limites du processus de lsha.Avantages: la technologie de surface des PCB à faible coût,qui maintient la soudabilité tout au long du processus de fabrication,n'a pas d'impact négatif sur les TIC. Inconvénients: le procédé à base de plomb est couramment utilisé, mais il est actuellement limité et sera finalement éliminé en 2007.Dans le cas de l'espacement des goupilles fines (< 0.64mm),des problèmes de pont et d'épaisseur de soudure peuvent survenir. L'hétérogénéité de la surface peut causer des problèmes d'uniformité dans le processus d'assemblage.

3.Flux de soudage organique

L'agent de préservation des soudures organiques (OSP) est utilisé pour former une mince couche de protection uniforme sur la surface en cuivre des PCB. Ce revêtement protège le circuit contre l'oxydation pendant les opérations de stockage et d'assemblage.Ce processus existe depuis longtemps, mais il n'est devenu populaire que récemment avec la recherche de technologies sans plomb et de solutions d'espacement fin. En ce qui concerne la coplanarité et la soudabilité, l'OSP est supérieur à l'hasl dans l'assemblage de l'APC,mais des changements importants dans le type de flux et le nombre de cycles thermiques sont nécessaires. Il faut faire preuve de prudence car son acidité réduit les propriétés de l'OSP et rend le cuivre facile à oxyder. Les assembleurs préfèrent utiliser des surfaces métalliques plus flexibles qui peuvent résister à plus de cycles thermiques.Pour la préparation de la surface OSP,si le point d'essai n'est pas soudé, cela peut causer des problèmes de contact avec les pinces à aiguille TIC.Le simple fait de passer à un type de sonde plus pointu pour passer à travers la couche OSP ne fera qu'endommager et percer le trou d'essai de l'APC ou le tampon d'essai. L'étude a montré que le passage à une force de détection plus élevée ou le changement de type de sonde n'avaient que peu d'effet sur le rendement.Le cuivre non traité a une limite d'élasticité d'un ordre de grandeur supérieure à celle de la soudure au plomb et peut donc endommager les tampons d'essai en cuivre exposés.Toutes les lignes directrices sur la testabilité recommandent fortement de ne pas détecter directement le cuivre exposé. Lorsque vous utilisez OSP, vous devez définir un ensemble de règles OSP pour la phase TIC. Des règles importantes exigent que le coffrage soit ouvert au début du processus des BPC afin de permettre l'application de pâte sur les Pads d'essai et les trous de travers auxquels les TIC doivent entrer en contact.Avantages: le coût unitaire est comparable à celui de l'hasl, la coplanarité est bonne, la technologie sans plomb, la soudabilité est améliorée. Inconvénients: des changements importants sont nécessaires dans le processus d'assemblage, la détection des surfaces en cuivre grossier peut être nocive pour les TIC, les sondes TIC trop pointues peuvent endommager les PCB, des précautions manuelles sont nécessaires pour limiter les essais TIC et réduire la répétabilité des essais.

4.Immersion d'or nickel é sans électrolyse

L'immersion sans électrolyse ni - au (enig) est un revêtement appliqué avec succès sur de nombreuses cartes de circuit. Malgré son coût unitaire élevé, il a une surface plane et une excellente soudabilité. Le principal inconvénient est que le revêtement de nickel électrolytique est fragile et qu'il s'est fissuré sous des contraintes mécaniques. Cela a été appelé "bloc noir" ou "fissure de boue" dans l'industrie, ce qui a conduit à certains rapports négatifs du Groupe ENI. Avantages: bonne soudabilité, surface lisse, longue durée de conservation, peut supporter plusieurs fois le soudage par Reflow. Inconvénients: coût élevé (environ 5 fois plus élevé que la lsha), problèmes de « blocs noirs », utilisation de cyanure et d'autres produits chimiques dangereux dans le processus de fabrication.

5.Trempage de l'argent

L'imprégnation d'argent est une méthode supplémentaire de traitement de surface des carte pcb.Principalement utilisé en Asie,il est actuellement promu en Amérique du Nord et en Europe.Au cours du soudage, la couche d'argent fond dans le joint de soudure,laissant un alliage étain / plomb / argent sur la couche de cuivre,fournissant un joint de soudure très fiable pour l'emballage BGA.Sa couleur contrastée le rend facile à inspecter et est une alternative naturelle au soudage hasl. L'argenterie est un procédé de traitement de surface très prometteur,mais comme toutes les nouvelles technologies de traitement de surface, l'utilisateur final est très conservateur. De nombreux fabricants ont qualifié le procédé de « procédé à l'étude »,mais il pourrait s'agir du procédé de surface sans plomb préféré.Avantages:bonne soudabilité,surface lisse,peut remplacer l'immersion hasl.Inconvénients:l'attitude conservatrice des utilisateurs finaux signifie que l'industrie manque d'information pertinente.

6.Trempage de l'étain

Il s'agit d'un nouveau procédé de traitement de surface avec de nombreuses propriétés similaires à celles du procédé de trempage de l'argent.Toutefois, il existe d'importants problèmes de santé et de sécurité en raison des précautions prises lors de l'utilisation de thiourée (peut - être cancérogène) lors de l'imprégnation d'étain dans la fabrication de PCB. De plus, la migration (l'effet de « bavure d'étain ») est préoccupante, bien que la chimie anti - migration puisse réussir à contrôler ce problème.Avantages: bonne soudabilité,surface lisse,coût relativement faible.Inconvénients:problèmes de santé et de sécurité, cycles thermiques limités.

7.Résumé du traitement de surface des PCB board

Compte tenu de certains problèmes de montage et de procédé,les utilisateurs estiment qu'une fois ces problèmes résolus, ils peuvent obtenir un taux de qualification de 80 à 90%.Ce sont les principales méthodes de traitement sans plomb des PCB. Le hasl restera un procédé de traitement des PCB largement utilisé, auquel cas les ingénieurs d'essai ne changeront rien.Dans certains pays, la lsha a été interdite par la loi et des solutions de rechange ont été adoptées.Au fur et à mesure que la fabrication de l'APC s'étendra à un plus grand nombre de domaines différents, de plus en plus de procédés sans plomb apparaîtront dans les essais des TIC.Bien que l'OSP ne soit pas une solution de rechange naturelle à la lsha,elle est devenue une solution de rechange au traitement que les fabricants d'APC étudient. Lorsqu'aucun changement de procédé n'est apporté pour permettre l'utilisation de pâte à souder sur les Pads d'essai et les trous de travers, il en résulte des TIC réelles.

Problèmes de fiabilité des essais

La conclusion est que le procédé de traitement de surface des PCB n'est pas parfait et que chaque méthode a ses propres problèmes à examiner. Certains de ces problèmes sont plus graves que d'autres, et tous ces procédés de préparation de surface de PCB sans plomb doivent être modifiés au cours des étapes du processus afin d'éviter les problèmes de fiabilité de contact des fixations TIC. Phase TIC hasl,OSP et Silver Plating considérations comparatives je voudrais maintenant me concentrer sur ces techniques de traitement de surface et leur impact sur les propriétés des TIC. Le traitement de surface laisse des "Arcs" de soudage doux et des trous de travers exposés aux points d'essai, ce qui est idéal pour les objets d'essai TIC. Hasl a la caractéristique que OSP n'a pas est l'absorption de force, hasl est un snpb eutectique, particulièrement doux.Cette cible souple présente deux avantages:elle s'adapte à la sonde et absorbe l'énergie.La carte circuits imprimés OSP n'a pas une telle cible souple. En revanche, la surface en cuivre est très dure et n'absorbe pas autant d'énergie, de sorte que la sonde peut "mordre" moins de surface de contact direct.Le revêtement extérieur en cuivre se situe généralement entre 10 et 50 microns. En combinant le placage en cuivre avec le revêtement OSP,vous verrez que la sonde utilisée pour détecter la plaque hasl ne fonctionnera pas sur la plaque de finition OSP. 

L'étude a montré que l'OSP forme un "boîtier" très dur sur la cible d'essai pendant une longue période de transmission entre Reflow Weld et ICT. Le délai de livraison des TIC devrait être inférieur à 24 heures. Il existe de nombreux autres facteurs de procédé qui peuvent influer sur le degré de confusion de l'OSP à l'égard de l'Ingénieur d'essai, notamment le type de fournisseur de l'OSP,le nombre de passes dans le four de reflux, si le processus d'onde a été retiré, le reflux d'azote ou d'air et Le type d'essai de simulation des TIC.La détection directe de la surface du cuivre,associée aux forces de détection plus élevées nécessaires pour pénétrer la couche OSP, constitue une menace réelle et potentielle de destruction de la couche mince de cuivre et de court - circuit interne.Nous recommandons donc de ne pas sonder les surfaces en cuivre exposées. Des exemples récents montrent qu'il est possible de percer la plaque à travers le trou ou le point d'essai après 5 à 10 excitations de serrage.Pour certains fabricants d'APC, l'impact des PSO sur les TIC a été si important qu'ils se sont complètement désengagés des PSO. D'autres fabricants commencent également à apprendre à suivre les « règles OSP » énumérées ci - dessous. « règles OSP » pour les appareils et procédures d'essai des TIC: elles ont une grande influence sur le taux de réussite (fpy); Il peut être nécessaire de modifier la sonde de serrage pour obtenir une force plus élevée,par exemple de 2n à 3n; Le type de sonde de serrage peut devoir être remplacé par un type plus pointu; Il peut être nécessaire d'utiliser une méthode d'excitation à double clic ou d'utiliser un manipulateur pneumatique.Les contraintes du Programme d'essai de simulation peuvent nécessiter un compromis, une ouverture ou même une négligence; L'étude a montré que ces règles d'astérisque ont relativement peu d'effet sur le rendement et que la façon d'assurer un contact d'essai fiable est de s'assurer que les Pads d'essai sont soudés. Certains fabricants estiment que les PSO permettent d'économiser immédiatement des coûts et les considèrent comme une solution de rechange au procédé sans plomb.Toutefois,certaines entreprises ont récemment procédé à des changements radicaux et revoient leurs stratégies en tenant compte des coûts réels associés aux interruptions et aux retards de production.

8.Trempage de l'argent

L'immersion dans l'argent est une couche métallique de 0.4 à 0.8 micron sur le dessus de la couche de cuivre qui fournit la « chair » que la sonde d'essai peut mordre. L'immersion dans l'argent n'est pas largement utilisée dans le hasl ou l'OSP, mais des études préliminaires ont montré qu'il s'agit d'une alternative naturelle au hasl. Certaines études préliminaires sur la fiabilité des TIC ont montré que le temps de gravure (rugosité / finition de la surface) et l'épaisseur de la surface sont des facteurs importants de répétabilité. Il n'y a pas de problème avec la fiabilité de contact des gabarits de traitement de surface en argent au stade des TIC, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de régler les gabarits d'essai, mais de régler les sondes ou le logiciel d'essai. Le taux de gravure est important pour les essais TIC car il détermine si le revêtement en argent est brillant ou terne. Dans l'étape de dépôt d'argent, l'argent est déposé sur le profil de la surface du cuivre,de sorte que si la rugosité de la surface augmente et donc la surface augmente, la surface apparaît comme une surface foncée et la surface rugueuse comme une surface brillante. La recherche industrielle sur ce procédé de traitement de surface est très limitée, mais elle semble prometteuse sur les plans technique et commercial. L'expérience récente a montré que ce traitement de surface ne pose aucun problème pour les TIC. Les fabricants de panneaux PCB board offrent maintenant des panneaux argentés au même prix que les produits hasl.

9. Résumé du présent document

La tendance dans certaines entreprises semble être de considérer l'OSP comme une alternative naturelle à l'Isha, peut-être en raison de la reconnaissance des économies de coûts unitaires. Les ingénieurs TIC doivent être conscients de cette tendance : les carte pcb revêtues d'OSP ne fonctionneront pas aussi bien que d'autres revêtements non directionnels, à moins que les plots d'essai ne soient recouverts de soudure. Si le processus n'est pas modifié, les économies potentielles sur le coût initial peuvent être compensées par le coût du remplacement des sondes de montage, de l'entretien des montages, de la modification du logiciel de test et du gaspillage des cartes de circuits imprimés endommagées. Nous constatons de nombreuses oppositions dans les choix de l'OSP. Il est conseillé aux clients qui n'ont pas encore abandonné le procédé hasl au plomb d'examiner les avantages et les inconvénients de toutes les solutions possibles pour les circuits imprimés sans plomb et de veiller à ce que les essais couvrent toutes les phases de la fabrication, y compris les essais pour les carte pcb en argent, pour lesquels nous ne disposons pas de résultats concluants sur l'impact de la finition de surface sur le carte pcb. Nous avons discuté avec des clients qui ont utilisé des finitions argentées et ils n'ont pas identifié de problèmes de contact avec les fixations utilisant des finitions argentées.

La sélection d'un procédé de traitement de surface des circuits imprimés est un processus complexe et critique qui nécessite un examen approfondi d'une série de facteurs, notamment le coût du procédé, la fiabilité, les exigences environnementales et l'impact sur les étapes d'essai ultérieures. Bien que chaque procédé présente des avantages et des limites qui lui sont propres, un choix et un ajustement raisonnables permettent de maximiser les besoins de production et de garantir la qualité du produit. À mesure que la technologie progresse et que le marché change, les procédés de traitement de surface des carte pcb continueront d'évoluer et d'innover, apportant des solutions plus efficaces, plus respectueuses de l'environnement et plus fiables à l'industrie de la fabrication électronique. Il est donc vital pour les fabricants de carte pcb et les ingénieurs d'essai de se tenir au courant des derniers processus et recherches en matière de traitement de surface.